(57)【要約】【課題】  大画面化するプロジェクタに使用される好適なフレネルレンズを提供する。  【解決手段】  主面２１に沿った特定方向に長いプリズム部２が主面２１を同一平面上にして多数並べられており、各プリズム部２では、一方の側面２３が主面２１に対して成す角が特定方向において変化していて、側面２３は光路変換面であるとともにレンズ面となっている。角度の変化は徐々であり、一方の側面２３は、主面２１に対して一定の角を成して円弧状に延びるものと光学的に等価である。各プリズム部２は、フレネルレンズの光軸Ａから延びる直線ＳＬと特定方向が直交するよう並んでおり、各プリズム部２の一方の側面２３が主面２１に対して成す角の大きさの平均は、光軸Ａから遠ざかるに従って徐々に大きくなっている。プロジェクタは、光学エンジンで作られた映像を投影する投影面にフレネルレンズを備える。【選択図】  図２
2006047369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定方向に長いものであって断面が多角形状を成し、そのうちの少なくとも二つの面が光学面であって光路を変更する光路変更面であり、光路変更面のうちの一つは、他の光学面に対して成す角が前記特定方向において変化していて前記特定方向ではレンズ面となっていることを特徴とするプリズム。
【請求項２】
主面と主面に対して所定の角度を成す少なくとも二つの側面とを有する断面形状のプリズム部を、主面を同一平面上にして多数並べた構造のフレネルレンズであって、
前記プリズム部は、主面に沿った特定方向に長いものであり、
前記プリズム部の全部又は一部は、少なくとも一方の側面が主面に対して成す角が前記特定方向において変化していて、光路変換面であるとともにレンズ面となっていることを特徴とするフレネルレンズ。
【請求項３】
前記特定方向は直線的に延びる方向であることを特徴とする請求項２記載のフレネルレンズ。
【請求項４】
前記一方の面が前記主面に対して成す角は前記特定方向において徐々に変化しており、前記一方の面は、主面に対して一定の角を成して円弧状に延びるものと等価であることを特徴とする請求項２又は３記載のフレネルレンズ。
【請求項５】
前記各プリズム部は、フレネルレンズが配置される光学系の光軸から延びる直線と前記特定方向が交差するよう並んで設けられており、各プリズム部の前記一方面が前記主面に対して成す角の大きさの平均は、光軸から遠ざかるに従って徐々に大きく又は小さくなっていることを特徴とする請求項２、３又は４記載のフレネルレンズ。
【請求項６】
請求項２乃至５いずれかに記載のフレネルレンズを備えており、フレネルレンズは、光学エンジンで作られた映像を投影する投影面に配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、映像を拡大投影して鑑賞するプロジェクションＴＶ等のプロジェクタに関するもである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクションＴＶ等として実用化されているプロジェクは、液晶を利用した高性能光学エンジンの開発に伴い、高画質化や高機能化が進んでいる。また、家庭用等では、大画面化の要請とともに薄型化や軽量化が要請されている。
フレネルレンズは、プロジェクタにおいて、光学エンジンで作られた画像を投影する投影面（画面）に配置されている。視野角特性（投影面を観る角度に関わらず良質な画像であること）の改善や画像の均一性改善などの目的で、フレネルレンズは投影面に配置されている。
【０００３】
大画面化とともに寄せられる薄型化の要請に伴い、プロジェクタに用いられるフレネルレンズは、オフアクシスのものが多くなってきており、また画角が非常に大きいものが多くなってきている。これらの点について、図６を使用して説明する。図６は、フレネルレンズが投影面に配置されたプロジェクタを示した概略図である。
【０００４】
図６に示すように、プロジェクタでは、光学エンジン４１からの光を反射ミラー（平面鏡、曲面鏡等）４２，４３，４４，４５より成る光学系で投影面に投影する。投影面に配置されたフレネルレンズ４６は、投影面を正面から見た場合に画像が正しく見えるよう光を屈折させて指向性を与えるとともに、ある程度横から見た場合でも正しく見えるよう工夫が凝らされる。フレネルレンズを使用したプロジェクタの構成としては、例えば特開平９−８０６２７号公報に開示されている。
【０００５】
一般に、投影面を大きくするには、光学エンジンから投影面までの距離（以下、光路長）を長くする必要があるが、光路長を長くすることは、薄型化の要請に反する。光路長を長くせずに大画面化するには、画角（光学エンジンから投影面を見込む角）は大きくならざるを得ない。
図６に示すプロジェクタは、多数の反射ミラー４２〜４５を利用することで、大画面化に伴って光路長が長くなっても、ある程度薄型化することに成功している。それでもやはり、大画面化に伴い画角が大きくなる傾向は避けられない。
【０００６】
一方、光学部品としてのプリズムは、分光の他、コーナーキューブのように光路を変更する目的でも多用されている。また、三次元的なレンズを二次元のシートに変換したフレネルレンズも、上記プロジェクタの他、薄型の光学部品が必要とされる各種製品で多用されている。フレネルレンズは、三角プリズムを同一平面上に並べて構成したと言うこともでき、その意味で、プリズムの集合体と捉えることもできる。
【特許文献１】特開平９−８０６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、プロジェクタ等の用途に使用されるフレネルレンズは、その製造が非常に困難になってきている。その原因の一つは、フレネルレンズが組み込まれる製品への要求が非常に厳しくなっている点にある。この点について、プロジェクタを例にして説明する。
【０００８】
典型的なフレネルレンズは、三次元的なレンズを光軸と同心の円環状部分に分割して曲率を維持しつつ二次元的なシート状のものに変換した光学素子である。フレネルレンズも、通常のレンズと同様、中心軸を光軸に一致させた状態で配置される。しかしながら、図６に示すようなプロジェクタでは、大画面化に対応して、光軸の上半分のみを利用するような構成になっており、フレネルレンズの中心は光軸には一致していない。つまり、オフアクシスになっている。
【０００９】
オフアクシスであることや大画面化に関連して、プリズム部の曲率半径はかなり大きいものになっている。図７は、大画面化及びオフアクシスとの関連におけるフレネルレンズのプリズム部の大曲率半径化について示した図である。
図７において、画角θは、光学エンジン４１の出射面と、フレネルレンズ４６の最外周に位置するプリズム部とを結ぶ線が光軸Ａに対して成す角と定義できる。フレネルレンズ４６の各プリズム部は、光軸Ａを中心とする曲率半径の円弧に沿ってカーブする形状を有する。この場合、画角θが大きくなればなるほど曲率半径は大きくなり、その傾向は光軸Ａから遠い側のプリズム部ほど大きく、図７に示すように最も遠い位置のプリズム部で最大の曲率半径ｒを取る。オンアクシス（同軸型）の場合は大画面化してフレネルレンズが大きくなっても曲率半径の増大はその半分であるが、図７に示すようなオフアクシスの場合、同等もしくはそれ以上に曲率半径が増大してしまう。一例を示せば、最近の１３００ｍｍ×１１００ｍｍ程度の大画面のプロジェクタの場合、フレネルレンズ４６のプリズム部の曲率半径は１３０ｍｍ〜１１１０ｍｍ程度に達する。
【００１０】
このようにフレネルレンズのプリズム部の曲率半径が増大すると、製造プロセス上の問題が顕在してくる。このようなフレネルレンズは、光学樹脂（光透過性の樹脂）より成る基材を成型機で成型して製作するが、成型機に搭載される金型の製作が非常に難しくなる。金型は、原盤をバイトで切削することで成形される。この際、先端にバイトを固定した長尺なアームロッドを用い、前述した光軸に相当する位置に、アームロッドの後端を固定し、先端のバイトを原盤に当てながら、後端を中心にしてアームロッドを回転させることで切削する。
【００１１】
しかしながら、上述したような大曲率半径のプリズム部から成るフレネルレンズの場合、アームロッドも同様に長いものにならざるを得ない。この場合、精度よくアームロッドを回転させて切削することは非常に難しくなってしまう。
本願の発明は、上記の点を解決課題の一つとするものであり、大画面化するプロジェクタに使用される好適なフレネルレンズを提供する技術的意義を有するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載のプリズムの発明は、特定方向に長いものであって断面が多角形状を成し、そのうちの少なくとも二つの面が光学面であって光路を変更する光路変更面であり、光路変更面のうちの一つは、他の光学面に対して成す角が前記特定方向において変化していて前記特定方向ではレンズ面となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、主面と主面に対して所定の角度を成す少なくとも二つの側面とを有する断面形状のプリズム部を、主面を同一平面上にして多数並べた構造のフレネルレンズであって、
前記プリズム部は、主面に沿った特定方向に長いものであり、
前記プリズム部の全部又は一部は、少なくとも一方の側面が主面に対して成す角が前記特定方向において変化していて、光路変換面であるとともにレンズ面となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項２の構成において、前記特定方向は直線的に延びる方向であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項２又は３の構成において、前記一方の面が前記主面に対して成す角は前記特定方向において徐々に変化しており、前記一方の面は、主面に対して一定の角を成して円弧状に延びるものと等価であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項２、３又は４の構成において、前記各プリズム部は、フレネルレンズが配置される光学系の光軸から延びる直線と前記特定方向が交差するよう並んで設けられており、各プリズム部の前記一方面が前記主面に対して成す角の大きさの平均は、光軸から遠ざかるに従って徐々に大きく又は小さくなっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、請求項２乃至５いずれかに記載のフレネルレンズを備えており、フレネルレンズは、光学エンジンで作られた映像を投影する投影面に配置されているという構成を有する。
【発明の効果】
【００１３】
以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、光路変更面のうちの一つは、他の光学面に対して成す角が前記特定方向において変化していて特定方向ではレンズ面となっており、一つのプリズムで光路変換作用とレンズ作用とが得られるので、各種光学系や光学装置において部品点数の減少によるコスト削減や構造簡略化の効果が期待できる。
また、請求項２記載の発明によれば、プリズム部の全部又は一部は、少なくとも一方の側面が主面に対して成す角が前記特定方向において変化していて、光路変換面であるとともにレンズ面となっているので、フレネルレンズにおける光学設計の自由度が増加し、種々の目的のために適宜の構成とすることができる。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、特定方向は直線的に延びる方向であるので、画角が大きく大画面のプロジェクタの投影面に配置されるものであっても、製造工程上の問題は生じない。直線状のプリズム部から成るフレネルレンズの場合、型は直線的な切削加工で製作でき、製作は容易である。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、一方の面は、主面に対して一定の角を成して円弧状に延びるものと等価であるので、一般的な球面レンズと等価なフレネルレンズとすることにつながり、軸対称な光学系に容易に導入することができるという効果を奏する。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、各プリズム部は、フレネルレンズが配置される光学系の光軸から延びる直線と特定方向とが交差するよう並んで設けられており、各プリズム部の前記一方面が前記主面に対して成す角の大きさの平均は、光軸から遠ざかるに従って徐々に大きく又は小さくなっているので、オフアクシスタイプのプロジェクタ用として好適なものとなる。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果を有する好適なプロジェクタが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本願発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）について説明する。
まず、プリズムの発明の実施形態について説明する。図１は、実施形態に係るプリズムの斜視概略図である。図１に示すプリズムは、いわゆる三角プリズムの一種であって、断面が三角形を成し、特定方向に長い。以下、この特定方向を長さ方向とする。
【００１５】
長さ方向の両側の端面を除くと、プリズムは三つの面１１，１２，１３から成っている。本実施形態では、この三つの面１１，１２，１３のすべてが光学面（光の透過、反射、散乱等の光学的作用を成す面）となっている。説明の便宜上、三つの面のうち、図１において水平な姿勢の面を主面１１とする。また、図１には、プリズムへの光の入射及び出射の状況についても描かれており、他の二つの面のうち、入射側の面１３を入射面とし、出射側の面１２を出射面とする。
【００１６】
図１に示すように、主面１１は水平な平面であり、出射面１２は長さ方向に沿って延びる平面である。そして、入射面１３は、ほぼ長さ方向に沿って延びるものの、曲面となっている。本実施形態のプリズムの特徴点は、この曲面である入射面１３が、光路変換面であるとともにレンズ面でもあることである。
【００１７】
入射面１３も出射面１２も、光の波長やプリズムの媒質に応じて光を屈折させ、光路を所望の方向に変換させる。この点は、通常のプリズムと同様である。この実施形態のプリズムでは、入射面１３が出射面１２に対して成す角が、長さ方向に沿って変化している。この変化のさせ方を適宜設定することで、入射面１３をレンズ面としても機能させるようにしている。
【００１８】
「入射面１３が出射面１２に対して成す角が長さ方向に沿って変化する角が変化する」とは、図１に示すように、長さ方向のある箇所での断面において入射面１３が出射面１２に対して成す角θ１と、長さ方向の別の箇所での断面において入射面１３が出射面１２に対して成す角θ２とが、異なった値を持つということである。
【００１９】
この実施形態では、図１に示すように、一例として、入射面１３はコリメータレンズの機能を成すよう構成されている。入射面１３に入射した光は、入射面１３及び出射面１２で屈折して所定の方向に出射していく。この際、出射光は、入射面１３及び出射面１２の角度を適宜設定すると、光は、図１に示すように平行光になって出射する。つまり、一つのプリズムで光路の屈折の機能に加えてコリメータの機能も得られる。この他、光路を屈折させながら光を一点に集光させるようにすることも可能であり、例えばレーザー光を方向を変えながら一点に集めるような場合に使用されることが考えられる。
上記構成のプリズムは、樹脂製の場合には成型法により製造され、ガラス製の場合には切削・研磨加工により製造される。
【００２０】
上述した光路変換面とレンズ面とを兼ねる構成は、入射面１３が出射面１２に対して成す角が長さ方向において徐々に変化していることにより生ずる。出射面１２に対する角が一定であると、長さ方向に分布する各光線は（波長が異なる場合を除き）同じようにしか屈折せず光路変換作用しか得られない。しかし、反射面に対する角が長さ方向に徐々に変化している構成では、その徐々に変化の仕方に応じて屈折の仕方が変化し、所望のレンズ作用が得られる。
このようなプリズムによれば、一つのプリズムで光路変換作用とレンズ作用とが得られるので、各種光学系や光学装置において部品点数の減少によるコスト削減や構造簡略化の効果が期待できる。
【００２１】
上述したコリメータの機能や集光レンズの機能を兼ねる場合の他、投影レンズなど、各種の機能のレンズ面を兼ねるよう構成することが可能である。また、出射１２について光路変換面とレンズ面とを兼ねた構成としてもよく、入射面１３と出射面１２との両方を兼用面としてもよい。要は、二つの光学面があり、一方の面が他方の面に対して成す角が長さ方向で変化していれば足りる。また、ビームスプリッタのように内部で光を分割するプリズムについて上記のような構成を適用してもよく、その場合は、三つの面やそれ以上の面について上記兼用面とする場合もある。
【００２２】
また、プリズムの構成としては、全反射を利用するものもあり得る。具体的には、図１の出射面１２で光が全反射するよう入射面１３から入射させ、主面１２を通して出射する構成である。この構成の場合でも、上記と同様に、長さ方向で角度を変化させることで、光路変換作用に加えてレンズ作用も得ることができる。
尚、上述したような効果は、必ずしも角度が徐々に変化している場合に限られない。非線形の光学作用を得る場合など、徐々に変化以外の変化をさせる場合もある。
【００２３】
次に、フレネルレンズの発明の実施形態について説明する。図２は、実施形態に係るフレネルレンズの斜視概略図である。
図２に示すフレネルレンズは、多数のプリズム部１を同一平面上に配した構成のものである。各プリズム部２は、断面が三角形の形状である。説明の都合上、三角形の断面形状のうち、各プリズム部２相互に同一平面上の面２１を「主面」とし、他の面２２，２３をそれぞれ第一側面、第二側面とする。これらの面２１，２２，２３は、全て光学面であり、所定の光の透過や反射等の作用を為す。
【００２４】
この実施形態のフレネルレンズの一番目の大きな特徴点は、各プリズム部２が特定方向に直線的に延びる形状である点である。同様に、この特定方向を長さ方向と呼ぶ。各プリズム部２における長さ方向は、互いに平行（同一方向）である。つまり、多数のプリズム部２が長さ方向を平行にして並べられ、主面２１を同一平面上にして配置されている。
【００２５】
この実施形態のフレネルレンズの二番目の大きな特徴点は、図２中に拡大して示すように、第二側面２３が主面２１に対して成す角（以下、説明の便宜上、プリズム角と称す）が長さ方向で変化している点である。即ち、一つのプリズム部２のうち、長さ方向のある箇所での断面におけるプリズム角と、別の箇所での断面におけるプリズム角とが、異なった値を持っている。
この実施形態のフレネルレンズは、上記角度の変化を最適化させることで、プロジェクタの投影面に配置されるものとして極めて好適な構成としている。以下、この点について詳説する。
【００２６】
このフレネルレンズも、オフアクシスに配置されるもので、図２に示すように、光軸Ａは、フレネルレンズの中心に一致していない。図２において、互いに平行な多数のプリズム部２のうち、例示的に三つのプリズム部２を採り上げる。一つは光軸に最も近い位置のプリズム部（以下、第一プリズム部２Ａ）、もう一つは光軸から最も遠い位置のプリズム部（以下、第二プリズム部２Ｂ）、もう一つはそれらの中間に位置するプリズム部（以下、第三プリズム部２Ｃ）である。
説明の都合上、主面２１上においてフレネルレンズ全体の中心と光軸Ａとを結ぶ直線を基準線と呼び、図２にＳＬで示す。基準線ＳＬは、各プリズム部２の長さ方向の中央を通る。また、各プリズム部２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃにおいて、長さ方向の一方の端部を第一端とし、他方の端部を第二端とする。
【００２７】
第一プリズム部２Ａにおいて、第一端でのプリズム角をθ１１、長さ方向中央でのプリズム角をθ１２、第二端でのプリズム角をθ１３とすると、θ１１＞θ１２＜θ１３であって、θ１１＝θ１３である。さらに説明されば、プリズム角は、第一端で最大値θ１１を取り、長さ方向に徐々に減少して中央部で最小値θ１２を取る。その後、増加に転じて第二端で最大値θ１３を取る。第二プリズム部２Ｂ及び第三プリズム部２Ｃについても同様である。θ２１＞θ２２＜θ２３かつθ２１＝θ２３、θ３１＞θ３２＜θ３３かつθ３１＝θ３３で、中央部で最小値θ２２，θ３２を端取り、漸増して第一第二端で最大値θ２１，θ２３，θ３１，θ３３を取る。
【００２８】
このような長さ方向でのプリズム角の変化は、各プリズム部２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃが長さ方向に直線状に延びる形状であるにもかかわらず、各第二側面２３がレンズ作用を為し、フレネルレンズ全体として所望のレンズ効果を発揮させるための構成である。即ち、θ１１＞θ１２＜θ１３のようにプリズム角が変化するプリズム部２Ａは、プリズム角が一定の（変化しない）θ１０で光軸を中心として半径ｒ１の曲率で湾曲する円弧状のプリズム部に相当する（即ち、光学的に等価である）。他のプリズム部２についても同様で、プリズム角が一定のθ２０，θ３０で光軸を中心として半径ｒ２，ｒ３の曲率で湾曲する円弧状のプリズム部に相当する（ｒ１＜ｒ３＜ｒ２）。そして、各プリズム部２で一定のプリズム角を、θ１０＜θ３０＜θ２０のように漸増させれば、フレネルレンズは全体として凸レンズとして機能することになる。
【００２９】
このような構成である本実施形態のフレネルレンズは、前述したプロジェクタの投影面に配置されるものとして極めて好適である。即ち、各プリズム部２が長さ方向に直線状の形状であるにもかかわらず所望のレンズ作用を為すので、画角が大きく大画面の投影面に配置されるものであっても、製造工程上の問題は生じない。直線状のプリズム部２から成るフレネルレンズの場合、型は直線的な切削加工で製作でき、製作は容易である。
【００３０】
上記実施形態では、第二側面２３が主面２１に対して成す角が長さ方向において徐々に変化しており、第二側面２３が主面２１に対して一定の角を成して円弧状に延びるものと等価である。この構成は、一般的な玉レンズと等価なフレネルレンズとすることにつながり、軸対称な光学系に容易に導入することができるという効果を奏する。
【００３１】
また、図２から解るように、各プリズム部２は、フレネルレンズが配置される光学系の光軸Ａから延びる直線ＳＬと長さ方向が交差するよう並んで設けられており、各プリズム部２の第二側面２３が主面２１に対して成す角の大きさの平均は、光軸Ａから遠ざかるに従って徐々に大きくなっている。この構成は、オフアクシスタイプのプロジェクタ用として好適なものである。光学系の構成によっては、各プリズム部２の第二側面２３が主面２１に対して成す角の大きさの平均が、光軸Ａから遠ざかるに従って徐々に小さくなる場合もあり得る。尚、この実施形態では、直線ＳＬと長さ方向は直角に交差しているが、直角でなくとも交差していればよい。
【００３２】
次に、上記構成のフレネルレンズの製造方法について説明する。
上記構成のフレネルレンズは、アクリル等の透明な光学樹脂を成型することにより製造される。成型は、基材となる板状の光学樹脂を一対の型の間に挟み込み、加熱及び加圧することで行われる。成型は通常の方法で行えるものの、型の製作には工夫を要する。以下、この型の製作について説明する。
図３は、実施形態に係るフレネルレンズの製造に用いられる型の製作方法について示した図である。図３は、実施形態に係るフレネルレンズの製造に用いられる型の製作装置の概略図でもあり、（１）はその正面概略図、（２）はその側面概略図である。
【００３３】
図３に示す装置は、型の基材である板（以下、型材）Ｗを載せるステージ３１と、ステージ３１を水平面内で移動させるステージ水平移動機構３２と、型材Ｗの表面を削るバイト３３と、バイト３３を先端に着脱自在に装着したバイトホルダー３４と、型材Ｗに対するバイト３３の刃先の角度を変えるためにバイトホルダー３４を揺動させる揺動機構３５と、切削深さを制御するためにバイト３３の刃先の高さを調節するバイト高さ調節機構３６と、バイトホルダー３４を水平面内で移動させるホルダー水平移動機構３７と、ステージ３１の高さを調節するステージ高さ調節機構３８等から構成されている。
【００３４】
ステージ３１は、型材Ｗがステージ３１上の所定位置で固定されるようクランプ機構のような固定機構を備える。ステージ水平移動機構３２、バイト高さ調節機構３６、ホルダー水平移動機構３７及びステージ高さ調節機構３８は、いずれもボールネジ（精密ネジ）とサーボモータを組み合わせた機構である。各機構３２，３６，３７，３８はリニアガイドを含む。尚、ホルダー水平移動機構３７は、バイトホルダー３４とバイト高さ調節機構３６とを一緒に水平方向に移動させる。また、ステージ高さ調節機構３８は、ステージ３１とステージ水平移動機構３２とを一緒に高さ方向に移動させる。
【００３５】
揺動機構３５は、サーボモータと、サーボモータの出力軸に減速器を介して連結された揺動軸棒３５１等から成る。揺動軸棒３５１は水平な姿勢であり、バイトホルダー３４を上端部分で軸支している。尚、ホルダー水平移動機構３７とステージ水平移動機構３２とは、互いに垂直な水平方向への移動を行うものである。ホルダー水平移動機構３７は、切削のためにバイト３３を移動させるもの、ステージ水平移動機構３２は、次の凹部の形成ために型材Ｗを移動させるためのものである。
【００３６】
また、装置は、各機構を制御するコントローラを備える。コントローラの特徴的な点は、ホルダー水平移動機構３７と揺動機構３５とを同期して制御するようになっている点である。即ち、コントローラは、ホルダー水平移動機構３７により移動するバイト３３の移動距離と、各移動距離におけるバイトホルダー３４の傾斜角度を制御するようになっている。
【００３７】
尚、コントローラは、製造するフレネルレンズの形状、寸法などのデータ（ＣＡＤデータ等）に従って切削加工を行わせるためのデータを入力させる不図示の入力部と、入力部から入力されたデータを記憶する不図示のメモリ（ＲＡＭ等）と、メモリからデータを読み出してそのデータに従って制御信号を生成して各部に送信する不図示のプロセッサ（ＭＰＵ）等を備えている。
【００３８】
次に、実施形態に係るフレネルレンズの製造方法についての説明も兼ね、上記装置の動作について図３及び図４を参照しながら説明する。図４は、実施形態に係るフレネルレンズの製造方法について示した斜視概略図であり、図３に示す装置においてバイト３３が型材Ｗを切削する様子等を示した図である。図４の（１）は、切削により製作される金型の平面概略図を示しており、（２）〜（４）は、（１）に示す金型の各断面においてバイト３３が型材Ｗを切削する様子を示している。
図４（２）は、（１）の金型のａ−ａ’断面を示し、その断面におけるバイトの角度を示す。図４（２）は、（１）の金型のｂ−ｂ’断面を示し、その断面におけるバイトの角度を示す。図４（３）は、（１）の金型のｃ−ｃ’断面を示し、その断面におけるバイトの角度を示す。
【００３９】
まず、図３に示すステージ３１上に型材Ｗを固定し、ステージ高さ調節機構３８を動作させてステージ３１の高さを調節しながら、ステージ３１を所定の初期位置に位置させる。ホルダー水平移動機構３７を動作させ、バイト３３を所定の初期位置に位置させる。この状態で、バイト高さ調節機構３６を動作させてバイト３３の刃先を所定の高さに位置させながら、ホルダー水平移動機構３７を動作させてバイト３３を水平に移動し、バイト３３の刃先でステージ３１上の型材Ｗの表面を切削させて一つのプリズム部２のための溝を形成する。この際、コントローラは、ホルダー水平移動機構３７の動作に同期して揺動機構３５を制御し、バイト３３の傾斜角度を変化させる。この結果、溝は直線状に延びるものの、切削により形成される斜面の角度は、図４（２）〜（４）に示すように変化したものとなる。斜面の角度は、成型されるフレネルレンズの各プリズム部２に形状に応じたものである。尚、切削の際、切削をスムーズにするため、潤滑液がバイト３３の刃先に供給される場合もある。
【００４０】
一つのプリズム部用の溝の形成が終了した後、コントローラは、バイト高さ調節機構３６を動作させてバイト３３を所定の上方待機位置に位置させる。その後、ステージ水平移動機構３２を動作させ、切削方向とは垂直な水平方向に所定距離ステージ３１を移動させる。この移動距離は、製造されるフレネルレンズにおける各プリズム部２の頂部の離間距離（ピッチ）に相当している。また、ホルダー水平移動機構３７を動作させてバイト３３を次の切削のための初期位置に位置させる。そして、同様にして、次のプリズム部２のための溝の形成を同様に行う。
【００４１】
このようにして、揺動機構３５によりバイト３３の傾斜角度を変えながらバイト３３を直線移動させて各プリズム部２のための溝をそれぞれ形成すると、型が完成する。
尚、前述した説明から容易に理解されるように、各溝を形成する際のバイト３３の傾斜角度の変化のさせ方は、それぞれ異なる場合が多い。成型されるフレネルレンズが全体として所定のレンズを構成するよう、入力されたデータに従い、バイト３３の傾斜角度は適宜制御される。
【００４２】
図４に示すように、バイト３３の両側に刃が形成されており、バイト３３を切削方向に一回移動させただけで一つの溝の形成が行われる場合もあるが、この場合は、溝の二つの斜面とも角度が変化するものとなってしまう。他方の斜面は角度が変化しないものとしたり、他方の斜面を一方の斜面とは異なる変化をさせる場合には、それぞれの斜面の形成用にそれぞれバイト３３を移動させて切削が行われる。つまり、バイト３３の一方の側の刃で一方の斜面の切削を行る。この際、他方の斜面も形成されるが、さらにこの斜面を削るようにしてバイト３３の他方の側の刃で所定の形状にしていく。
【００４３】
次に、より好ましい製造方法の例について説明する。
上述した製造方法において、揺動機構３５におけるバイト３３の支点は上端側にあるため、揺動機構３５によりバイト３３が揺動した際、下端側の刃先の先端は、支点を中心に円弧運動する。このため、溝の斜面の角度とともに溝の深さも変化してしまう。この点を避けるには、バイト３３の揺動の中心が刃先の先端にあるようにすれば良い。具体的には、バイトホルダー３４の上端側にカムローラーを取り付け、カムローラーをガイドする円弧状のスリットを有するガイドを設けるようにすれば良い。そして、揺動機構３５は、スリットに沿ってカムローラーが変位するようバイトホルダー３４を揺動させる機構とされる。スリットの円弧の中心がバイト３３の刃先の先端になるようにすれば、溝の最下点の位置が切削方向で変化しないようにすることができる。
【００４４】
尚、上述した構成の他、バイトホルダー３４を上端部分で軸支する前記実施形態において、揺動に同期してステージ３１を上下動させたりステージ３１を切削方向に垂直な水平方向（左右方向）に変位させたりするようにしても良い。揺動に同期した型板の上下動や左右の変位により、溝の最下点の位置が切削方向で変化しないようにすることができる。
【００４５】
上述した実施形態のフレネルレンズは、各プリズム部２が長さ方向に直線状の形状であったが、曲線状の形状であっても良い。長さ方向における第二側面２３の角度の変化の仕方は上記以外の場合もあり、また第二側面２３の角度の変化が各プリズム部同士で互いに同様であっても良い。各プリズム部２において長さ方向に角度が変化する構成は、フレネルレンズにおける光学設計の自由度を増加させる効果を奏し、種々の目的のために適宜の構成とすることができるメリットをもたらす。例えば、角度が変化しない場合、各プリズム部が曲率の小さな円弧に沿って延びるよう構成しなければならない場合があるが、角度が変化するため、曲率の大きな円弧に沿って各プリズム部が延びるようにすることができる。曲率が大きいと、金型又は出来上がるフレネルレンズの各プリズム部の内部応力を少なくできるので好適である。
【００４６】
尚、上記実施形態では、第二側面２３の角度の変化は主面２１に対するものであったが、これは基準となる面を主面２１としたに過ぎず、「第一面に対する角度が変化する」としても良い。より一般的に表現すれば、プリズムを構成する他の面を基準としてこれに対する角度が長さ方向で変化する、ということである。
【００４７】
次に、フレネルレンズの他の実施形態について説明する。図５は、フレネルレンズの他の実施形態の断面概略図である。
図２に示す実施形態では、第一側面２２から入射した光が第二側面２３で全反射しながら所定のフレネルレンズの作用を為すものであった。図５に示す実施形態は、屈折のみで所定のフレネルレンズの作用を為すものである。即ち、図５に示すように、主面２１から入射する光は主面２１で屈折するとともに、出射面である一方の側面２４でも屈折し、所定のフレネルレンズの作用を為す。
この実施形態でも、屈折面である一方の側面について、前述したようにフレネル角が長さ方向で変化するよう構成される。このような構成のフレネルレンズによっても、前述したのと同様の効果が得られる。
【００４８】
上記フレネルレンズは、上述したような光学樹脂による成型法で製造するのが一般的であるが、ガラスを切削加工して製造する場合でも、本願発明は適用できる。また、フレネルレンズの用途としては、前述したプロジェクタ用の他、液晶ディプスレイ、プラズマディプスレイ、有機ＥＬディプスレイ等のディプスレイ用が挙げられる。例えば、液晶ディプスレイのバックライトを導光して面発光させる導光板として上記各実施形態のフレネルレンズの構成を採用することができる。さらに、各種ディプスレイにおいて、画面の明るさ不均一の補正や視野角向上等の目的で画面上に配置されるプリズムシートとして、上記各実施形態のフレネルレンズの構成を採用することができる。また、各実施形態のフレネルレンズは、発光源を使用した屋外看板や各種の表示器具において使用されることが可能であり、視認性の向上などのため、表示面に配置され得る。
【００４９】
尚、プロジェクタの発明の実施形態としては、図２又は図５に示すフレネルレンズを、図６に示すプロジェクタの投影面に配置したものが該当する。また、場合によっては、前掲の特開平９−８０６２７号公報のように、投影面の手前の光路上に反射ミラーに代えて配置されるフレネルレンズを、上記のように各プリズム部のプリズム角が長さ方向で変化するものとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態に係るプリズムの斜視概略図である。
【図２】実施形態に係るフレネルレンズの斜視概略図である。
【図３】実施形態に係るフレネルレンズの製造に用いられる型の製作方法について示した図である。
【図４】実施形態に係るフレネルレンズの製造方法について示した斜視概略図であり、図３に示す装置においてバイト３３が型材Ｗを切削する様子等を示した図である。
【図５】フレネルレンズの他の実施形態の断面概略図である。
【図６】フレネルレンズが投影面に配置されたプロジェクタを示した概略図である。
【図７】大画面化及びオフアクシスとの関連におけるフレネルレンズのプリズム部の大曲率半径化について示した図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１  主面
１２  出射面
１３  入射面
２  プリズム部
２１  主面
２２  第一側面
２３  第二側面
３１  ステージ
Ｗ  型材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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